Wpływ diety oraz aktywności fizycznej na mikrobiom jelitowy

Regularne ćwiczenia fizyczne wywierają korzystny wpływ na zdrowie oraz zapobiegają chorobom niezakaźnym. Aktywność fizyczna jest zalecana jako przydatne narzędzie w celu zapobiegania chorobom oraz poprawy stanu zdrowia. Choroby, w których aktywność wywołuje efekt zapobiegawczy i leczniczy to raka okrężnicy i piersi, cukrzyca typu 2, sarkopenia, choroby sercowo-naczyniowe oraz zaburzenia związane ze stresem, takie jak lęk i depresja.

Aktywność fizyczna i mikrobiom – co wiemy?

Mikroflora jelitowa jest coraz szerzej badana, aby lepiej zrozumieć jej wpływ na zdrowie oraz zapobieganie chorobom. Badania na zwierzętach wykazały, że wywołane wysiłkiem fizycznym zmiany w mikroflorze jelitowej mogą być zaangażowane w modulację otyłości, która jest wywołana wysokim poziomem tłuszczu, dysbiozą indukowaną polichlorowanymi bifenylami, zespołem metabolicznym oraz cukrzycą. Natomiast badania na ludziach wykazały, że regularne ćwiczenia fizyczne mają korzystny wpływ na zdrowie gospodarza, wpływając na strukturę i różnorodność mikrobioty jelitowej. Osoby z wyższą wydolnością sercowo-oddechową wykazywały dużą różnorodność mikroflory. W szczególności spożywanie dużej ilości białka w treningu wysiłkowym zwiększyło różnorodność mikrobiomu jelit w badaniu porównującym mikroflorę jelitową męskich graczy rugby i zdrowych osób.

Clark i Mach poinformowali, że dieta zalecana dla sportowców prawdopodobnie wpływa na mikrobiom jelit poprzez zmniejszenie różnorodności, ponieważ wiele diet sportowców ma niewystarczającą ilość błonnika pokarmowego. Zalecane jest, aby sportowcy spożywali dużą ilość monosacharydów w celu zmaksymalizowania magazynowania glikogenu i utrzymania poziomu glukozy we krwi podczas treningu wysiłkowego, a także zminimalizowanie spożycia błonnika pokarmowego i skrobi opornej w celu zapobiegania zaburzeniom żołądkowo-jelitowym. Niskie spożycie błonnika pokarmowego i skrobi opornej może prowadzić do zmniejszenia ruchów jelit, co prowadzi do zmniejszenia ich czynności, a także do zmniejszenia różnorodności mikrobioty jelit. Ponadto sportowcy spożywają więcej białka zwierzęcego niż osoby niebędące sportowcami, aby zaspokoić potrzeby związane z przyrostem masy mięśniowej. Nadmierne spożycie białka prowadzi do nadmiaru substratów azotowych w mikrobach jelitowych, wytwarzając gnilne produkty fermentacji, takie jak amoniak, siarkowodór, aminy, fenole, tiole i indole. W miarę jak trawienie przechodzi przez jelita, zawartość węglowodanów zmniejsza się, a fermentacja gnilna staje się bardziej szkodliwa.

Opis badania

Cel badania

Porównano cechy mikrobioty jelitowej, spożycie pokarmu i skład ciała zdrowych mężczyzn w wieku dwudziestu kilku lat, którzy nie byli aktywni fizycznie (kontrola grupa) ze sportowcami w wieku dwudziestu lat (kulturystami i biegaczami długodystansowymi), którzy przestrzegali określonych schematów treningu oraz diet.

Pacjenci

W badaniu wzięło udział 15 kulturystów, 15 elitarnych biegaczy dystansowych oraz 15 zdrowych mężczyzn. BMI kulturystów wynosiło 28,1 kg/m², biegaczy 20,5 kg/m², a grupy kontrolnej 25,9 kg/m².

Wyniki badań

Skład ciała

Istniały znaczne różnice w składzie ciała w zależności od rodzaju ćwiczeń i nawyków żywieniowych. Skład ciała wszystkich osób przedstawiono w tabeli 1. Beztłuszczowa masa mięśniowa była najwyższa u kulturystów (70,4 ± 9,2 kg), a najniższa u biegaczy dystansowych (51,8 ± 4,1 kg). Tkanka tłuszczowa była najwyższa w grupie kontrolnej (19,4 ± 7,9 kg) i najniższa u biegaczy dystansowych (5,5 ± 1,1 kg). Charakterystyka składu ciała i kariera każdej grupy potwierdziły, że zarówno kulturyści, jak i biegacze przez długi czas byli dostosowywani do określonych bodźców.

Spożycie makroskładników

Spożycie makroskładników przez pacjentów przedstawiono w Tabeli 2. Sportowcy spożywali więcej niż grupa kontrolna; w szczególności dotyczyło to spożycia węglowodanów i tłuszczów. Spożycie białka nie różniło się istotnie między grupą kontrolną a biegaczami, aczkolwiek kulturyści spożywali znacznie więcej białka niż pozostałe dwie grupy. Żadna z grup nie spożywała zalecanej dziennej ilości błonnika pokarmowego (> 25 g). Jeśli chodzi o stosunek białko: węglowodany, u kulturystów był on dwa razy wyższy niż w przypadku pozostałych grup. Stosunek błonnika pokarmowego do węglowodanów u grupy kontrolnej był 1,4-krotnie wyższy niż u biegaczy. Wskaźniki absorpcji składników odżywczych wykazały, że kulturyści spożywali dietę wysokobiałkową, a biegacze dietę niskokaloryczną. Współczynnik energetyczny makroskładników z trzech grup przedstawiono na ryc. 1 (węglowodany: 55–65%; białko: 7–20%; całkowita zawartość tłuszczu: 15–30%).

Taksonomia drobnoustrojów

Rodzaj treningu oraz dieta sportowców wpłynęły na obfitość mikroflory jelitowej na poziomie rodzaju i gatunku. Poziom Faecalibacterium, Sutterella, Clostridium, Haemophilus i Eisenbergiella był najwyższy w przypadku kulturystów, natomiast Bifidobacterium i Parasutterella były najniższe. W szczególności, wysokie spożycie tłuszczu przez kulturystów było związane z ich obfitością.

Na poziomie gatunkowym jelitowe pożyteczne bakterie, które są szeroko stosowane jako probiotyki (grupa Bifidobacterium adolescentis, grupa Bifidobacterium longum, grupa Lactobacillus sakei), oraz te wytwarzające krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (Blautia wexlerae, Eubacterium hallii) były najniższe u kulturystów i najwyższe w grupie kontrolnej (Tabela 3).

Charakterystyka bakterii

Faecalibacterium – jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych i obfitych ludzkich drobnoustrojów jelitowych i zasugerowano, że stanowi on marker zdrowia jelit ze względu na jego mniejszą liczebność u pacjentów cierpiących na choroby zapalne jelit w porównaniu ze zdrowymi osobami [6].

Sutterella – często związane z chorobami takimi jak autyzm, zespół Downa i nieswoiste zapalenie jelit (IBD), ale wpływ tych bakterii na zdrowie nadal pozostaje niejasny [2].

Clostridium – Niektóre gatunki mają właściwości chorobotwórcze, uwarunkowane wytwarzaniem silnych egzotoksyn [8].

Haemophilus – Bakterie te zamieszkują błony śluzowe górnych dróg oddechowych, jamy ustnej, pochwy i przewodu pokarmowego. Rodzaj obejmuje organizmy komensalne wraz z niektórymi istotnymi patogennymi gatunkami, takimi jak H. influenzae – przyczyna posocznicy i bakteryjnego zapalenia opon mózgowych u małych dzieci [8, 9].

Eisenbergiella – Należy do rodziny Lachnospiraceae. Członkowie tej rodziny mogą mieć działanie ochronne przed rakiem okrężnicy u ludzi, wytwarzając kwas masłowy. Badania na myszach wykazały, że może powodować cukrzycę [1,3].

Bifidobacterium– obniżają poziom cholesterolu w surowicy krwi. Bifidobakterie znane są również z tego, że obniżając pH treści jelita przyczyniają się do zmniejszenia poziomu licznych szkodliwych substancji, m.in. amoniaku we krwi [5].

Parasutterella – Liczne badania wykazały, że ich liczba zmniejsza się w przypadku stosowania diety wysokotłuszczowej, natomiast zwiększa się w przypadku spożycia cukru lub alkoholu. Dodatkowe badania mikrobiomów wiązały się ze zwiększoną liczebnością Parasutterella z dysbiozą lub brakiem różnorodności w składzie mikrobiologicznym w jelitach [1, 7, 10, 11].

Różnorodność mikrobiologiczna

Ćwiczenia aerobowe lub oporowe, którym towarzyszy niezrównoważone spożycie makroskładników odżywczych i niskie spożycie błonnika pokarmowego, nie prowadzi do zwiększenia różnorodności mikrobioty jelitowej. W szczególności dla biegaczy dystansowych stwierdzono ujemną korelację między spożyciem białka a wskaźnikami różnorodności mikroflory. Dzienne spożycie białka wykazywało ujemną korelację z jednostką taksonomiczną. Pomimo różnic w typie ćwiczeń, składzie ciała i spożyciu składników odżywczych, różnorodność bakterii jelitowych zdrowych mężczyzn w grupie kontrolnej a grupy sportowców nie różniły się.

Podsumowanie

Sportowcy, którzy przystosowali się do określonych schematów treningowych i dietetycznych przez długi okres czasu, nie mieli dużej różnorodności mikroflory jelitowej. W szczególności schematy dietetyczne wśród biegaczy wpływały na różnorodność mikroflory- zmniejszała się wraz ze wzrostem spożycia białka.

Nieodpowiednie spożycie węglowodanów i błonnika pokarmowego przez sportowców wydaje się przeciwdziałać korzyściom z ćwiczeń. Natomiast wysokobiałkowa dieta ma tendencję do zmniejszania różnorodności mikroflory jelitowej.

Wyniki sugerują, że dieta wysokobiałkowa może mieć negatywny wpływ na różnorodność mikroflory jelitowej sportowców uprawiających sporty wytrzymałościowe, którzy spożywają mało węglowodanów i błonnika, podczas gdy sportowcy uprawiający sporty oporowe wykazują spadek bakterii komensalnych wytwarzających krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe. Należy przeprowadzić dodatkowe badania w celu określenia wpływu bodźców zewnętrznych na cechy mikroflory jelitowej, wydolność wysiłkową i kondycję fizyczną sportowców.

Źródła:

1. Chiodini R. J. i in. (2015): Microbial Population Differentials between Mucosal and Submucosal Intestinal Tissues in Advanced Crohn’s Disease of the Ileum. PLoS One. 10(7).
2. Kaisa H., Kainulainen V., Kalliomäki M., Arkkila P., Satokari R. (2016): Mucosal Prevalence and Interactions with the Epithelium Indicate Commensalism of Sutterella spp. Front Microbiol. 7: 1706.
3. Kameyama K., Itoh K. (2014):Intestinal Colonization by a Lachnospiraceae Bacterium Contributes to the Development of Diabetes in Obese Mice. Microbes Environ. Vol. 29, No. 4.
4. Jang L. G. i in. (2019): The combination of sport and sport-specific diet is associated with characteristics of gut microbiota: an observational study. Jang et al. Journal of the International Society of Sports Nutrition 16:21.
5. Jędrzejczak-Krzepkowska M., Bielecki S. (2011): Bifidobakterie i stymulujące ich wzrost fruktany typu inuliny. Postępy Biochemii 57 (4).
6. Laursen M. F. i in. (2017): Faecalibacterium Gut Colonization Is Accelerated by Presence of Older Siblings. mSphere.  2(6).
7. Noble E. E. i in.(2017): Early-Life Sugar Consumption Affects the Rat Microbiome Independently of Obesity. J Nutr. 147(1):20-28.
8. Tortora G. J. (2016): microbiology: an introduction (12th ed.). Boston: Pearson. p. 301.
9. Wang K. i in. (2016): Preliminary analysis of salivary microbiome and their potential roles in oral lichen planus. Scientific Reports volume 6.
10. Zhang C. i in. (2012): Structural resilience of the gut microbiota in adult mice under high-fat dietary perturbations. ISME J. 6(10):1848-57.
11. Zhang X. i in. (2017): Flaxseed oil ameliorates alcoholic liver disease via anti-inflammation and modulating gut microbiota in mice. Lipids in Health and Disease. 16 (1): 44.